[发明专利]一种基于喷泉码控制与数据互锁的无线安全传输方法

摘要

本发明公开了一种基于喷泉码控制与数据互锁的无线安全传输方法，包括：合法发送端对原始数据进行喷泉码编码，得若干喷泉码编码包，再发送给合法接收端；合法接收端接收喷泉码编码包并记录喷泉码编码包的包序号，并在随机接收预设数量的喷泉码编码包后，利用基带人工噪声对已记录包序号数据的基带信号进行加密后反馈给合法发送端；合法发送端对所述反馈信号进行解密，得到合法接收端所接收喷泉码编码包的包序号，并利用包序号中记录的所有喷泉码编码包数据对两个伪随机数生成器的随机数种子进行加密，再发送给合法接收端；合法接收端在获得所述随机数种子后对接收到的编码包进行解码以恢复出原始数据，该方法能够实现信息的无线安全传输。

主权项

1.一种基于喷泉码控制与数据互锁的无线安全传输方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)合法发送端将源数据分为K个二进制原始数据包T₁,T₂,…,T_K，其中，每个二进制原始数据包的长度均为W_Kbits，并根据原始数据包的个数K得服从鲁棒孤子度分布的LT编码的度分布函数ρ(d_K)，其中，d_K为K个原始数据包时的编码度值；/n通过改进的RC4伪随机数生成算法分别得到服从ρ(d_K)分布的正整数伪随机序列R_d＝[r_d,1,r_d,2,…,r_d,i](1≤r_d,i≤K,i≥1)及服从(0,K)区间均匀分布的正整数伪随机序列R_w＝[r_w,1,r_w,2,…,r_w,j](1≤r_w,j≤K,j≥1)，其中，r_d,i表示伪随机序列R_d中的第i个伪随机数，r_w,j表示伪随机序列R_w中的第j个伪随机数，伪随机序列R_d及伪随机序列R_w的随机数种子分别为比特序列和伪随机序列R_d及伪随机序列R_w的随机数种子长度均为W_Rbits；/n对二进制原始数据包T₁,T₂,…,T_K进行LT编码，得到喷泉码编码包S₁,S₂,S₃…；/n对每一个喷泉码编码包S_i添加包序号V_i，得到待发送数据包X_i＝[V_i,S_i](i≥1)，最后将待发送数据包通过链路层添加CRC校验码、进行信道编码以及数字调制后广播给合法接收端；/n2)合法接收端接收合法发送端发送的数据包Y_j＝[V_j,S_j](j≥1)，缓存喷泉码编码包数据S_j，并将包序号V_j记录到接收包序号集SN中，合法接收端在接收到L个喷泉码编码包后，利用基带人工噪声对接收包序号集SN的基带信号进行加密，得噪声加扰的反馈信号F_AN，再将噪声加扰的反馈信号F_AN反馈给合法发送端；/n3)合法发送端利用所述基带人工噪声解密反馈信号F_AN，得到接收包序号集SN，再将正整数伪随机序列R_d＝[r_d,1,r_d,2,…,r_d,i](1≤r_d,i≤K,i≥1)和R_w＝[r_w,1,r_w,2,…,r_w,j](1≤r_w,j≤K,j≥1)的随机数种子及分别作为密钥，将接收包序号集SN中所有包序号V_i(1≤i≤L)对应的喷泉码编码包数据[S_SN(1),S_SN(2),…,S_SN(L)]与长度为W_Rbits的密钥相匹配，得到匹配后的喷泉码编码包数据[S′_SN(1),S′_SN(2),…,S′_SN(L)]，其中，S_SN(i)和S′_SN(i)分别表示接收数据包序号集SN中第i个包序号所对应的喷泉码编码包以及匹配后的喷泉码编码包，然后利用匹配后的喷泉码编码包数据对两个比特密钥及分别进行逐位异或加密，得到加密密钥SR_d和SR_W；/n最后合法发送端将加密密钥SR_d和SR_W发送给合法接收端，并在收到密钥解密ACK确认信息后发送后续的喷泉码编码包，否则，继续发送加密密钥SR_d和SR_W；/n4)合法接收端对缓存的前L个喷泉码编码包数据进行与步骤3)中一致的数据长度匹配，得到匹配后的喷泉码编码包数据[S′_SN(1),S′_SN(2),…,S′_SN(L)]，并利用匹配后的喷泉码编码包数据[S′_SN(1),S′_SN(2),…,S′_SN(L)]对接收到的加密密钥SR_d和SR_W进行解密，得随机比特种子和并向合法发送端反馈密钥解密ACK确认信息，否则，继续接收并解密密钥；/n合法接收端根据改进的RC4伪随机数生成算法恢复出与合法发送端相同的伪随机序列R_d＝[r_d,1,r_d,2,…,r_d,i](1≤r_d,i≤K,i≥1)和R_w＝[r_w,1,r_w,2,…,r_w,j](1≤r_w,j≤K,j≥1)，然后根据所述伪随机序列和接收编码包的包序号V_j(1≤j≤N)，恢复出所有已接收喷泉码编码包的编码生成矩阵G＝[g₁,g₂,…,g_N]，其中，N为接收到的喷泉码编码包的个数，G中的元素g_i(1≤i≤N)为第i个接收编码包的编码向量且由(0,1)比特构成，合法接收端利用生成矩阵G＝[g₁,g₂,…,g_N]对喷泉码编码包进行解码，最终在完成解码并恢复出所有原始数据后向合法发送端反馈解码完成ACK确认信息，结束本次喷泉码安全传输。/n